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课后·训练提升
基础巩固
1.下列说法正确的是( )。
A.凡是放热反应都是自发的,凡是吸热反应都是非自发的
B.自发反应熵一定增大,非自发反应熵一定减小或不变
C.自发反应在适当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
答案:C
解析:放热反应大多是能够自发进行的过程,而吸热反应有些也是自发反应;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向,反应是否能实现还要看具体的条件。
2.下列反应中,在高温下不能自发进行的是( )。
A.CO(g)C(s)+O2(g)
B.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
C.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)
D.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)
答案:A
解析:在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。本题中A、B、C、D都是吸热反应,其中B、C、D三个反应又都是熵增大的反应,在高温条件下能自发进行;A反应是熵减小的反应,在高温下不能自发进行。
3.下列有关说法正确的是( )。
A.SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该过程熵值增大
B.SO2(g)S(s)+O2(g) ΔH>0,ΔS<0,该反应能自发进行
C.SO2(g)+2H2S(g)3S(s)+2H2O(l) ΔH<0,低温下能自发进行
D.某温度下SO2(g)+O2(g)SO3(g),K=
答案:C
解析:反应由气体物质生成液体物质是熵值减小的反应, A项不正确;ΔH>0,ΔS<0,反应不能自发进行,B项不正确;C项中是一个ΔH<0、ΔS<0的反应,由ΔH-TΔS可知,反应在低温下能自发进行,C项正确;D项中K=。
4.如图,在图1的 A、B两容器里,分别收集着两种互不反应的气体。若将中间活塞打开,两种气体分子立即都分布在两个容器中(见图2)。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法中不正确的是( )。
图1
图2
A.此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程从有序到无序,混乱度增大
D.此过程是自发可逆的
答案:D
解析:由题意知ΔH=0、ΔS>0,由ΔH-TΔS知该过程的逆过程不能自发进行,所以D项错误。
5.实现碳达峰、碳中和的一个举措是将CO2转化为可利用的资源。目前有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。下列关于该反应的说法正确的是( )。
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0
答案:C
解析:根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量,反应放热,ΔH<0;该反应发生后气体的物质的量减小,ΔS<0。
6.下列反应过程中,ΔH>0且ΔS>0的是( )。
A.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)
B.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
C.4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)
D.HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
答案:B
解析:A项是熵减的放热反应;C项是熵减的放热反应;D项是放热反应。
7.NH4HCO3在室温下就能自发地分解产生氨气,下列说法正确的是( )。
A.NH4HCO3分解是因为生成了气体,使体系的熵增大
B.NH4HCO3分解是因为外界给予了能量
C.NH4HCO3分解是吸热反应,根据焓变判据不能自发分解
D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解
答案:A
解析:NH4HCO3分解是吸热反应,室温下就能自发地分解产生氨气,主要是因为生成了气体,使体系的熵增大。化学反应的自发性还与焓变有关,不能由“NH4HCO3室温下就能自发地分解”推测其他碳酸盐的稳定性,例如CaCO3室温下很稳定,需要高温才能分解。
8.在其他条件不变时,改变某一条件对aA(g)+bB(g)cC(g)化学平衡的影响,得到如图所示图像(α表示平衡转化率),回答下列问题。
(1)在反应Ⅰ中,已知p1>p2,正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,也是一个反应前后气体分子数 (填“减小”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行必须满足的条件是 。
(2)在反应Ⅱ中,T1 (填“>”“<”或“=”)T2,正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)在反应Ⅲ中,若T1>T2,试分析该反应能否自发进行。
答案:(1)放热 减小 低温
(2)> 放热
(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。
解析:(1)反应Ⅰ中恒压条件下温度升高,α(A)减小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应;由p1>p2知,恒温时压强越大,α(A)越大,即增大压强平衡正向移动,说明正反应为气体体积缩小的反应;放热、熵减的反应只能在低温下自发进行。
(2)根据“先拐先平数值大”的原则判断,反应Ⅱ中T1>T2;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应。
(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。
能力提升
1.反应CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发进行,若反应|ΔH|=17 kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,对于该反应,下列关系正确的是( )。
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
答案:A
解析:该反应在一定温度下能够自发地向右进行,这说明ΔH-TΔS<0,根据方程式可知该反应的ΔS>0,如果ΔH=-17 kJ·mol-1,则TΔS=0不符合事实,如果ΔH=17 kJ·mol-1,则TΔS=34 kJ·mol-1,即ΔH>0。
2.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·(mol·K)-1。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,判断它会不会变成灰锡而不能再继续使用( )。
A.会变成灰锡
B.不会变成灰锡
C.不能确定
D.升高温度才会变成灰锡
答案:A
解析:在等温、等压条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,0 ℃、100 kPa下,ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×[-6.61 J·(mol·K)-1]=-376.37 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
3.下列对化学反应预测正确的是( )。
选项 化学方程式 已知条件 预测
A M(s)X(g)+Y(s) ΔH>0 它是非 自发反应
B W(s)+xG(g)2Q(g) ΔH<0,反应能自发进行 x可能等 于1、2、3
C 4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g) 反应能自发进行 ΔH一 定小于0
D 4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s) 常温下,反应能自发进行 ΔH>0
答案:B
解析:根据ΔG=ΔH-TΔS,M(s)X(g)+Y(s),固体分解生成气体,为熵增反应,即ΔS>0。ΔH>0时,在高温下能自发进行,A项错误;W(s)+xG(g)2Q(g) ΔH<0,能自发进行,若ΔS>0,任何温度下都能自发进行,若ΔS<0,在低温条件下能自发进行,所以,G的计量数不确定,x等于1、2或3时,都符合题意,B项正确;4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g)是熵增反应,当ΔH>0时,在高温下能自发进行,C项错误;4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)为熵减反应,常温下能自发进行,说明该反应一定是放热反应,D项错误。
4.下列关于化学反应的方向的说法,错误的是( )。
A.在一定条件下反应2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)能自发进行,说明该反应的ΔH<0
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
C.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH<0
D.反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0
答案:D
解析:ΔH-TΔS<0的反应能自发进行。若反应的ΔS<0,反应能自发进行,则ΔH<0,A、B、C项正确;分解反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)属于吸热反应,ΔH>0,D项错误。
5.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是( )。
生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意图
A.步骤一中将反应器加热到400 ℃,可提高CaCO3的生成速率
B.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应
C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D.步骤二中反应的ΔS<0
答案:A
解析:CaO与CO2的反应为放热反应,B项错误;生成CaCO3的反应和CaCO3分解反应的反应条件不同,两者不互为可逆反应,C项错误;反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,D项错误。
6.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①为2C(s)+O2(g)2CO(g);反应②为2CO(g)+O2(g)2CO2(g),反应①、②的反应趋势与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )。
A.反应②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的ΔS<0、ΔH<0
B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C.l1对应反应①
D.当温度低于983 K时,过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主
答案:C
解析:生成物气体的化学计量数之和小于反应物气体的化学计量数之和,所以ΔS<0,则-TΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS,因为能满足ΔG<0,所以ΔH<0,A项正确;ΔG越小,说明能自发反应的趋势越大,983 K时两反应的ΔG相等,之后两反应的ΔG大小关系发生变化,则反应主次趋势发生变化,所以983 K是反应趋势变化的转折点,B项正确;反应①的ΔS>0,则-ΔS<0,温度越高,ΔG越小,l2对应反应①,C项错误;当温度低于983 K时,l1的ΔG更小,所以以反应②为主,产物以CO2为主,D项正确。
7.(1)已知2CO(g)CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS (填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K时,估计ΔH-TΔS 0。
(2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1,设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是 。
(3)25 ℃、1.01×105 Pa时,反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.76 kJ·mol-1能自发进行的原因是 。
(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气,热化学方程式为C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1。该反应在低温下能否自发进行 (填“能”或“不能”)。
答案:(1)小于 大于 (2)T<1 240 K (3)常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用 (4)不能
解析:(1)C(s)+CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应,ΔH>0,则2CO(g)CO2(g)+C(s)为放热反应,ΔH<0,且该反应ΔS<0,则当T<980 K时,ΔH-TΔS<0,T>980 K时,ΔH-TΔS>0。
(2)由题给信息可知,要使反应能自发进行,应有ΔH-TΔS<0,
即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,则T< K≈1 240 K。
(3)该反应能自发进行,说明ΔH-TΔS<0,而该反应的ΔH>0、ΔS>0,又因该反应在常温下可自发进行,故ΔS对反应方向起决定作用。
(4)题给反应中ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1=0.133 7 kJ·mol-1·K-1,根据ΔH-TΔS<0为自发反应可知,在T>≈982.0 K时该反应能自发进行,由此可知该反应在低温下不能自发进行。
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课后·训练提升
基础巩固
1.下列说法正确的是( )。
A.凡是放热反应都是自发的,凡是吸热反应都是非自发的
B.自发反应熵一定增大,非自发反应熵一定减小或不变
C.自发反应在适当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
答案:C
解析:放热反应大多是能够自发进行的过程,而吸热反应有些也是自发反应;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向,反应是否能实现还要看具体的条件。
2.下列反应中,在高温下不能自发进行的是( )。
A.CO(g)C(s)+O2(g)
B.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
C.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)
D.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)
答案:A
解析:在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。本题中A、B、C、D都是吸热反应,其中B、C、D三个反应又都是熵增大的反应,在高温条件下能自发进行;A反应是熵减小的反应,在高温下不能自发进行。
3.下列有关说法正确的是( )。
A.SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该过程熵值增大
B.SO2(g)S(s)+O2(g) ΔH>0,ΔS<0,该反应能自发进行
C.SO2(g)+2H2S(g)3S(s)+2H2O(l) ΔH<0,低温下能自发进行
D.某温度下SO2(g)+O2(g)SO3(g),K=
答案:C
解析:反应由气体物质生成液体物质是熵值减小的反应, A项不正确;ΔH>0,ΔS<0,反应不能自发进行,B项不正确;C项中是一个ΔH<0、ΔS<0的反应,由ΔH-TΔS可知,反应在低温下能自发进行,C项正确;D项中K=。
4.如图,在图1的 A、B两容器里,分别收集着两种互不反应的气体。若将中间活塞打开,两种气体分子立即都分布在两个容器中(见图2)。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法中不正确的是( )。
图1
图2
A.此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程从有序到无序,混乱度增大
D.此过程是自发可逆的
答案:D
解析:由题意知ΔH=0、ΔS>0,由ΔH-TΔS知该过程的逆过程不能自发进行,所以D项错误。
5.实现碳达峰、碳中和的一个举措是将CO2转化为可利用的资源。目前有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。下列关于该反应的说法正确的是( )。
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0
答案:C
解析:根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量,反应放热,ΔH<0;该反应发生后气体的物质的量减小,ΔS<0。
6.下列反应过程中,ΔH>0且ΔS>0的是( )。
A.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)
B.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
C.4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)
D.HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
答案:B
解析:A项是熵减的放热反应;C项是熵减的放热反应;D项是放热反应。
7.NH4HCO3在室温下就能自发地分解产生氨气,下列说法正确的是( )。
A.NH4HCO3分解是因为生成了气体,使体系的熵增大
B.NH4HCO3分解是因为外界给予了能量
C.NH4HCO3分解是吸热反应,根据焓变判据不能自发分解
D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解
答案:A
解析:NH4HCO3分解是吸热反应,室温下就能自发地分解产生氨气,主要是因为生成了气体,使体系的熵增大。化学反应的自发性还与焓变有关,不能由“NH4HCO3室温下就能自发地分解”推测其他碳酸盐的稳定性,例如CaCO3室温下很稳定,需要高温才能分解。
8.在其他条件不变时,改变某一条件对aA(g)+bB(g)cC(g)化学平衡的影响,得到如图所示图像(α表示平衡转化率),回答下列问题。
(1)在反应Ⅰ中,已知p1>p2,正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,也是一个反应前后气体分子数 (填“减小”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行必须满足的条件是 。
(2)在反应Ⅱ中,T1 (填“>”“<”或“=”)T2,正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)在反应Ⅲ中,若T1>T2,试分析该反应能否自发进行。
答案:(1)放热 减小 低温
(2)> 放热
(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。
解析:(1)反应Ⅰ中恒压条件下温度升高,α(A)减小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应;由p1>p2知,恒温时压强越大,α(A)越大,即增大压强平衡正向移动,说明正反应为气体体积缩小的反应;放热、熵减的反应只能在低温下自发进行。
(2)根据“先拐先平数值大”的原则判断,反应Ⅱ中T1>T2;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应。
(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。
能力提升
1.反应CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发进行,若反应|ΔH|=17 kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,对于该反应,下列关系正确的是( )。
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
答案:A
解析:该反应在一定温度下能够自发地向右进行,这说明ΔH-TΔS<0,根据方程式可知该反应的ΔS>0,如果ΔH=-17 kJ·mol-1,则TΔS=0不符合事实,如果ΔH=17 kJ·mol-1,则TΔS=34 kJ·mol-1,即ΔH>0。
2.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·(mol·K)-1。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,判断它会不会变成灰锡而不能再继续使用( )。
A.会变成灰锡
B.不会变成灰锡
C.不能确定
D.升高温度才会变成灰锡
答案:A
解析:在等温、等压条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,0 ℃、100 kPa下,ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×[-6.61 J·(mol·K)-1]=-376.37 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
3.下列对化学反应预测正确的是( )。
选项 化学方程式 已知条件 预测
A M(s)X(g)+Y(s) ΔH>0 它是非 自发反应
B W(s)+xG(g)2Q(g) ΔH<0,反应能自发进行 x可能等 于1、2、3
C 4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g) 反应能自发进行 ΔH一 定小于0
D 4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s) 常温下,反应能自发进行 ΔH>0
答案:B
解析:根据ΔG=ΔH-TΔS,M(s)X(g)+Y(s),固体分解生成气体,为熵增反应,即ΔS>0。ΔH>0时,在高温下能自发进行,A项错误;W(s)+xG(g)2Q(g) ΔH<0,能自发进行,若ΔS>0,任何温度下都能自发进行,若ΔS<0,在低温条件下能自发进行,所以,G的计量数不确定,x等于1、2或3时,都符合题意,B项正确;4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g)是熵增反应,当ΔH>0时,在高温下能自发进行,C项错误;4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)为熵减反应,常温下能自发进行,说明该反应一定是放热反应,D项错误。
4.下列关于化学反应的方向的说法,错误的是( )。
A.在一定条件下反应2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)能自发进行,说明该反应的ΔH<0
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
C.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH<0
D.反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0
答案:D
解析:ΔH-TΔS<0的反应能自发进行。若反应的ΔS<0,反应能自发进行,则ΔH<0,A、B、C项正确;分解反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)属于吸热反应,ΔH>0,D项错误。
5.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是( )。
生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意图
A.步骤一中将反应器加热到400 ℃,可提高CaCO3的生成速率
B.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应
C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D.步骤二中反应的ΔS<0
答案:A
解析:CaO与CO2的反应为放热反应,B项错误;生成CaCO3的反应和CaCO3分解反应的反应条件不同,两者不互为可逆反应,C项错误;反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,D项错误。
6.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①为2C(s)+O2(g)2CO(g);反应②为2CO(g)+O2(g)2CO2(g),反应①、②的反应趋势与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )。
A.反应②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的ΔS<0、ΔH<0
B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C.l1对应反应①
D.当温度低于983 K时,过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主
答案:C
解析:生成物气体的化学计量数之和小于反应物气体的化学计量数之和,所以ΔS<0,则-TΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS,因为能满足ΔG<0,所以ΔH<0,A项正确;ΔG越小,说明能自发反应的趋势越大,983 K时两反应的ΔG相等,之后两反应的ΔG大小关系发生变化,则反应主次趋势发生变化,所以983 K是反应趋势变化的转折点,B项正确;反应①的ΔS>0,则-ΔS<0,温度越高,ΔG越小,l2对应反应①,C项错误;当温度低于983 K时,l1的ΔG更小,所以以反应②为主,产物以CO2为主,D项正确。
7.(1)已知2CO(g)CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS (填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K时,估计ΔH-TΔS 0。
(2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1,设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是 。
(3)25 ℃、1.01×105 Pa时,反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.76 kJ·mol-1能自发进行的原因是 。
(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气,热化学方程式为C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1。该反应在低温下能否自发进行 (填“能”或“不能”)。
答案:(1)小于 大于 (2)T<1 240 K (3)常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用 (4)不能
解析:(1)C(s)+CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应,ΔH>0,则2CO(g)CO2(g)+C(s)为放热反应,ΔH<0,且该反应ΔS<0,则当T<980 K时,ΔH-TΔS<0,T>980 K时,ΔH-TΔS>0。
(2)由题给信息可知,要使反应能自发进行,应有ΔH-TΔS<0,
即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,则T< K≈1 240 K。
(3)该反应能自发进行,说明ΔH-TΔS<0,而该反应的ΔH>0、ΔS>0,又因该反应在常温下可自发进行,故ΔS对反应方向起决定作用。
(4)题给反应中ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1=0.133 7 kJ·mol-1·K-1,根据ΔH-TΔS<0为自发反应可知,在T>≈982.0 K时该反应能自发进行,由此可知该反应在低温下不能自发进行。
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